干细胞如何制造人脑

人类的大脑作为神经系统最高级的部分，其中蕴藏的诸多奥秘至今仍然吸引着大量医学研究者倾注心血进行研究。

大脑半球的表层是灰质，深层为髓质，髓质内又含有海量的神经纤维和核团，大脑的各个部分联系有不同神经中枢，有些控制运动，有些关联着感觉和语言。

人类之所以能成为万物灵长，就是因为大脑高度发达，远超其他动物，这使得我们能够在适当的教育和训练下掌握各种精细运动和语言交流能力。

大脑内部含有约1000亿个神经元，每个神经元都与其他数千个神经元彼此连接，在极端复杂的神经网络中，许多精深的思考和智慧火花灿烂绽放。正如那档著名的卫视节目《最强大脑》所展示的，速记、心算、开方、速拧魔方令人瞠目结舌等的技能，有力地证明了人类大脑超强的可塑性。

有人充满敬意地描述，大脑具有如此复杂的结构，数百亿个各具身份的细胞就好像数百亿音乐家汇聚一堂，共同献上了一曲复杂的交响乐，每一个小单元都别开生面而又不可或缺，任何音符的缺失都可能导致精密系统的崩溃。

不过，人脑究竟是如何发育得来，数百亿个细胞的分化走向又如何在生命原初之时就得到精确指引？

这一巨大谜团可能处在被彻底揭示的前夕，来自斯坦福大学的干细胞团队通过新开发的一项技术，成功分离和分析出单个脑细胞的转录组和功能特征，这对我们弄清干细胞增殖、分化和发育形成人脑的过程大有裨益。

这项研究于2023年3月16日发表在国际医学顶刊Cell上，题为Purification and characterization of human neural stem and progenitor cells（人神经干细胞和祖细胞的纯化与表征）。

文章作者通过荧光激活细胞分选（FACS）纯化不同NSPC亚群，进而为十余种细胞表面标记物的定量表达提供助益。研究团队进一步结合了高维流式细胞术与单细胞转录组学，实现了妊娠中期时发育中的人脑神经干细胞及其下游神经祖细胞亚群（GW17-19）的全面纯化和功能表征。

简单来说，研究人员取材于17-19周大的人类胎儿脑细胞，测试了脑细胞表面的11种蛋白质，并从中找到6种和神经细胞发育相关的品类。

随后，将经过纯化的细胞注入小鼠大脑，间隔半年后观察细胞及其后代的迁移，需要注意的是，经过特挑的细胞是可能产生星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元的品类，在其进入小鼠大脑之后，经过一段时间的增殖分化，帮助团队定义了一种新型祖细胞——这是医学界针对灵长类动物大脑进行的又一次重要尝试，不仅能提高不同细胞类型的分辨率，同时还增加了人类对大脑细胞谱系知识的认知程度[3]。

此前，来自英国剑桥大学、美国宾夕法尼亚大学的研究团队在Nature刊文，发表了题为Brain charts for the human lifespan（生命周期人脑发育图表）。脑科学研究向来所需要面对的“惨痛现状”就是：人脑结构千差万别，想要创立具备统计意义的图表或模型，就非得收集一定数量级的脑图数据不可。而当前最得力的手段莫过于脑核磁共振成像（MRI），但十万人级别的MRI不仅耗时极长，对资金的需求也颇为庞大。

研究团队通过开源网站收集了逾10万人的12万3千余张核磁共振扫描，通过海量数据提取图像信息并建立统计学模型。当然，这种研究属于传统意义上负重致远、力敌千钧的“笨办法”，由于大脑两个半球功能分工的特性显著，针对大脑结构和功能的映射已经获得一定研究基础，诸如计算机断层扫描(CT)、正电子发射型计算机断层显像(PET)、脑电技术(EEG；ERP)等成熟方式可资利用，数据的更新和优化都需要大量研究人员齐心协力[4]。

正因如此，前述的人神经干细胞和祖细胞的纯化表征方式才更具有可操作性。其意义在于，我们可以畅想在未来用价格更为低廉的方式来扫描和获知人脑结构，并溯源到干细胞分化的时刻，通过补足或刺激干细胞的增殖分化，为治愈大脑创伤、修复病灶部位提供新式疗法。随着研究的进一步深入，我们也许能通过更多相关项目得到人脑与干细胞分化的精细对应关系。